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Beschreibung
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Meßgeber zur Erfassung von Weglängen Die Erfindung betrifft einen
Meßgeber zur Erfassung von Weglängen, mit mindestens einem Skalenmarken tragenden
Maßstab und mit einer diesem zugeordneten, einen an einem Anschlußkabel angeschlossenen
Tastkopf aufweisenden Abtastvorrichtung, wobei Abtastvorrichtung und Maßstab zur
Abtastung seiner Skalenmarken in dessen Längsrichtung relativ zueinander verstellbar
und in einem Gehäuse angeordnet sind.
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Meßgeber der vorstehend erläuterten Art werden zum Beispiel bei numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschinen eingesetzt. Mit ihrer Hilfe wird üblicherweise der
Lage-Ist-Wert eines Maschinenaggregates, beispielsweise eines Maschinenschlittens,
festgestellt und innerhalb eines Regelkreises einem Vergleicher gemeldet.
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Bei diesen bekannten Meßgebern sind der in der Regel aus Glas gefertigte,
als Skalenmarken eine Strichgittereinteilung tragende Maßstab sowie die Abtastvorrichtung
in von einander getrennten Gehäusen untergebracht, von denen das eine an einem feststehenden
Maschinenteil und das andere an dem Maschinenteil zu montieren ist, der durch die
numerische Maschinensteuerung gesteuert werden soll.
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Dabei ist das den Maßstab aufnehmende Gehäuse mit einem Längsschlitz
ausgestattet und beide Gehäuse sind gegenseitig einander so zuzuordnen, daß der
aus dem Gehäuse der Abtastvorrichtung herausragende Abtastkopf den Längsschlitz
des anderen Gehäuses zum Abtasten des Maßstabes durchgreifen kann.
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Der Abstand zwischen Maßstab und Abtastkopf darf hierbei nur wenige
Hundertstel Millimeter betragen und muß während der Relativbewegung von Maßstab
und Tastkopf konstant bleiben. Es ist deshalb einleuchtend, mit welcher Präzision
die Montage beider Gehäuse zu erfolgen hat, um dieser Forderung zu genügen.
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Die Anordnung des Längsschlitzes in dem den Maßstab aufnehmenden Gehäuse
schafft dabei weitere Probleme, weil der Maßstab staub- und schmutz frei gehalten
werden soll. Es sind deshalb aufwendige und entsprechend teure Maßnahmen zur Abdichtung
des Längsschlitzes vor und hinter dem Tastkopf erforderlich.
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Die hierzu vorgesehenen Mittel konnten jedoch bisher nicht befriedigen.
Sie bestanden in der Anordnung von sich zu beiden Seiten des Längsschlitzes erstreckenden
und mit ihrem freien Längsrandstück unter Vorspannung aneinander anliegenden Dichtlippen.
Diese konnten aber nicht verhindern, daß mit der Zeit Staub, feine Späne, Metallschlamm,
Kühlmittel und Wasser in das Gehäuse eindrangen. Es kam deshalb zu Maßfehlern bis
hin zur Zerstörung des Glasmaßstabes.
Abgesehen davon zwingt die
Anordnung des Längsschlitzes dazu, das Gehäuse des Maßstabes stets so zu montieren,
daß sich der Längsschlitz an der Gehäuseunterseite befindet. Es ist deshalb notwendig,
dieses Gehäuse in der Regel an das bewegte Maschinenteil abzubauen, wobei im Hinblick
auf die Länge des Maßstabes aus der Bewegung resultierende Erschütterungen die Maß
genauigkeit ebenfalls nachteilig beeinflussen können.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, einen Meßgeber
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen zur Erfassung der Weglängen dienenden
Komponenten gegen Verschmutzen zuverlässig geschützt sind und der konstruktiv so
ausgelegt ist, daß diese Komponenten gemeinsam montiert werden können, wobei die
Montage wahlweise an einem stationären oder bewegten Maschinenteil erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Maßstab und
Abtastvorrichtung unter dichtem Verschluß in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht
sind, in welchem die Abtastvorrichtung entlang einer Führungsvorrichtung relativ
zum Maßstab verstellbar angeordnet ist,daß an der Abtastvorrichtung ein hohles,
sich in deren Bewegungsrichtung erstreckendes und eine Gehäusewand abgedichtet durchdringendes
Verbindungsglied befestigt ist und daß das Anschlußkabel durch das Verbindungsglied
abgedichtet hindurchgeführt ist.
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Beim erfindungsgemäßen Meßgeber sind somit Maßstab und Abtastvorrichtung
in ein gemeinsames Gehäuse integriert, und das Verbindungsglied dient zur Verstellung
der Abtastvorrichtung relativ zum Maßstab innerhalb des Gehäuses
sowie
für die elektrische Verbindung des Abtastkopfes mit der numerischen Steuerung. Die
Unterbringung von Maßstab und Abtastvorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse ermöglicht
eine problemlose Montage des Meßgebers, da nicht mehr darauf geachtet werden muß,
daß die Bewegungsbahnen der relativ zueinander beweglichen Teile präzise zueinander
ausgerichtet sind.
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Nach dem erfolgten Anbau des Gehäuses an einem von zwei relativ zueinander
verstellbaren Maschinenteilen ist dann lediglich das Verbindungsglied am anderen
Maschinenteil festzulegen, um die Mitnahme der Abtastvorrichtung während der Relativbewegung
beider Maschinenteile zueinander zu gewährleisten. Die Verbindung des Verbindungsgliedes
mit dem betreffenden Maschinenteil ist hierbei ohne Schwierigkeiten zu bewerkstelligen,
wobei es nicht notwendig ist, enge Montagetoleranzen beachten zu müssen.
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Zur Verbindung des Verbindungsgliedes mit einem Maschinenteil ist
es dabei vorteilhaft, wenn dieses im Bereich seines freien Endes einen mit einem
Gelenkauge ausgestatteten Befestigungskörper trägt, durch welchen beispielsweise
Fluchtfehler automatisch ausgeglichen werden.
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Eine bevorzugte Konstruktion des Meßgebers sieht vor, das Gehäuse
durch ein an beiden Stirnenden dicht verschlossenen Mantel zu bilden und hierbei
das Verbindungsglied die eine Stirnwand des Mantels durchdringen zu lassen.
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Die Abdichtung des Verbindungsgliedes in der Stirnwand des Gehäuses
gestaltet. sich am einfachsten, wenn es als zylindrisches Rohr ausgebildet ist.
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Die Montage von Maßstab und Führungsvorrichtung für die Abtastvorrichtung
gestaltet sich besonders einfach, wenn diese, sich zueinander parallel erstreckend,
zwischen den Stirnwänden des Gehäusemantels gehalten sind. Hierbei ist es günstig,
die Führungsvorrichtung als Rundstangenführung mit zwei im Parallelabstand voneinander
und parallel zum Maßstab angeordneten Führungsstangen vorzusehen und die Abtastvorrichtung
mit einem Führungskörper auf den Führungsstangen verschiebbar anzuordnen.
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Der Führungskörper kann hierbei mittels Gleitlagern, Kugellaufbüchsen
oder Kugellagern auf den Führungsstangen geführt sein.
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Montagetechnische Vorteile sowie eine zuverlässige Gehäuseabdichtung
sind zu erzielen, wenn die Stirnwände zu einem Teil zusammen mit den Führungsstangen
für die Abtastvorrichtung und dem Maßstab, bevor sie in den Gehäusemantel eingesetzt
werden, eine Baueinheit bilden, die als Ganzes in den Gehäusemantel eingebracht
werden kann. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Gehäusestirnwände durch jeweils
zwei Platten gebildet sind, die formschlüssig in die Stirnenden des Gehäusemantels
eingreifen und zwischen sich am Umfang eine im Querschnitt insbesondere V-form aufweisende
Nut definieren, wenn in die Nut ein Dichtring eingelegt ist, dessen Querschnitt
gröBer als derjenige der Nut ist und wenn beide Platten bei gleichzeitigem radialem
Ausdehnen des Dichtringes mittels Schrauben zusammenspannbar sind. Die
innere
der beiden, jeweils eine Gehäusestirnwand bildenden Platten kann somit außerhalb
des Gehäusemantels fest mit den Führungsstangen und dem Maßstab verbunden werden,
wobei dann nach Einsetzen der auf diese Weise zustandegekommenen Baueinheit in den
Gehäusemantel die äußeren Platten der beiden Stirnwände in den Gehäusemantel einzusetzen
und zuvor die Dichtringe einzulegen und danach die Platten beider Plattenpaare miteinander
zu verspannen sind. Hierbei wird der Dichtring in radialer Richtung teilweise aus
der Umfangsnut verdrängt und unter Druck an den Innenumfang des Gehäusemantels angelegt,
wodurch eine reibungsschlüssige Halterung der Gehäusestirnwände im Gehäusemantel
erzielt wird. Der Querschnitt des Gehäuses kann rund oder rechteckförmig, insbesondere
quadratisch sein, wobei die Quadratform eine besonders vorteilhafte Gehäusemontage
ermöglicht.
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Am Gehäuse kann schließlich noch eine Anschlußvorrichtung zum Zuführen
eines gereinigten Gases, insbesondere Luft, zur Erzeugung eines leichten Uberdruckes
vorgesehen sein. Dieser Überdruck wirkt als zusätzlichte Sperre gegen ein Eindringen
von Verunreinigungen.
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Falls hierbei am Gehäuse ein Manometer angeschlossen wird, ist bei
einem Nachlassen des Überdruckes zu erkennen, daß die Dichtungen in den Gehäusestirnwänden
zu überprüfen und gegebenenfalls zu erneuern sind.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in der sich anschließenden
Beschreibung eines in der Zeichnung gezeigten Ausführunsbeispieles eines erfindungsgemäßen
Weggebers erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine
Seitenansicht einer Fräsmaschine, die mit einem erfindungsgemäßen Meßgeber ausgestattet
ist und deren unterer Teil abgebrochen ist; Fig. 2 einen Längsschnitt durch den
Meßgeber; Fig. 3 einen Querschnitt des Meßgebers entlang der Linie 3 - 3 gesehen.
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Die in Fig. 1 gezeigte Fräsmaschine besitzt einen Maschinenständer
10. An dessen Vorderseite ist an vertikalen Führungswangen 12 ein Maschinentisch
14 vertikal verstellbar angeordnet. Dieser trägt eine Tischplatte 16, die senkrecht
zur Verstellrichtung des Maschinentisches 14 und senkrecht zur Zeichenebene verstellbar
ist.
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18 bezeichnet einen Spindelkopfschlitten, der auf der Oberseite des
Maschinenständers horizontal und senkrecht zur Verstellrichtung der Tischplatte
16 auf dem Maschinentisch 14 verstellbar angeordnet ist. Dieser trägt an seinem
Vorderende einen Spindelkopf 20, in welchem eine antreibbare Frässpindel 22 gelagert
ist.
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Die Tischplatte 16 des Maschinentisches 14 sowie der Spindelkopfschlitten
18 sind numerisch gesteuert, wozu jeweils ein erfindungsgemäßer Meßgeber vorgesehen
ist. In Fig. 1 ist die Anordnung des dem Spindelkopfschlitten 18 zugeordneten Meßgebers
gezeigt, der im folgenden anhand der Figuren 2 und 3 im einzelnen beschrieben wird.
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Der Meßgeber besitzt ein zylindrisches, im Querschnitt vorzugsweise
quadratisches Gehäuse 26. Dieses ist durch ein einen quadratischen Querschnitt aufweisenden
Gehäusemantel 28 sowie durch zwei diesen an seinen Stirnenden dicht verschließende
Stirnwände 30r 32 gebildet. Beide Stirnwände setzen sich aus einer inneren Verschlußplatte
34 und einer äußeren Verschlußplatte 36 zusammen, die mittels Dichtschrauben 38
miteinander verschraubt sind.
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An den einander zugekehrten Stirnflächen sind die Umfangskanten der
Verschlußplatten abgeschrägt und bilden eine im Querschnitt vorzugsweise V-förmige
Umfangsnut 40, die einen Dichtring 42 aufnimmt. Dieser wird in die durch die Abschrägungen
gebildete Umfangsnut eingelegt, bevor die beiden Verschlußplatten gegenseitig verspannt
werden.
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Der Querschnitt des aus elastischem Material, insbesondere Gummi,
bestehenden Dichtringes ist größer als der Querschnitt der Umfangsnut in verspanntem
Zustand der Verschlußplatten. Dies hat zur Folge, daß beim Verspannen der Dichtring
in radialer Richtung aus der Umfangsnut 40 verdrängt und unter Druck an den Innenumfang
des Gehäusemantels 28 angelegt wird, wodurch eine Halterung der Stirnwände 30, 32
im Gehäusemantel durch Haftreibung erzielt wird. Die äußeren Verschlußplatten 36
ragen mit einem Teilstück aus dem Gehäusemantel heraus und besitzen dessen Umfangsform,
so daß sie an dessen Stirnenden nicht überstehen. Die aufgrund des quadratischen
Gehäusequerschnittes vorhandenen ebenen Gehäuseflächen ermöglichen einen vorteilhaften
Anbau des Meßgebers an einen Träger, beispielsweise an den Spindelkopfschlitten
18.
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Innerhalb des Gehäuses 26 ist ein sich in dessen Längsrichtung erstreckender,
Skalenmarken tragender Maßstab 44 vorgesehen, der sich gemäß Fig. 2 im unteren Gehäuseteil
befindet und mit seinen Stirnenden an den inneren Verschlußplatten 34 der Gehäusestirnwände
30, 32 gehalten ist. Der Maßstab besteht aus nicht magnetisierbarem Werkstoff, vorzugsweise
Glas, dessen Skalenmarken zB. durch eine Strichgittereinteilung gebildet sind.
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Dem Maßstab 44 ist innerhalb des Gehäuses eine als Ganzes mit 46 bezeichnete
Abtastvorrichtung zugeordnet, die entlang einer Führungsvorrichtung 48 parallel
zum Maßstab verschiebbar ist. Diese Führungsvorrichtung besitzt vorzugsweise eine
durch zwei im Parallelabstand voneinander angeordnete Führungsstangen 50, 52 gebildete
Rundstangenführung, wobei die Führungsstangen in einer zur unteren Gehäuseaußenfläche
54 parallelen Ebene oberhalb des Maßstabes 44 vorgesehen sind. Die Führungsstangen
50, 52 sind mit ihren Stirnenden in den inneren Verschlußplatten 34 gehalten. Fig.
3 zeigt die gegenseitige Zuordnung von Führungsstangen und Maßstab.
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Es ist zu ersehen, daß dieser sich in der mittleren Querebene a -
a des Gehäuses befindet und die Führungsstangen zu dieser Ebene in gleichem seitlichem
Abstand vorgesehen sind.
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Die die Strichgittereinteilung des Maßstabes abtastende Abtastvorrichtung
46 besitzt einen auf den Führungsstangen 50, 52 mit großer Präzision geführten Führungskörper
56, der in der Ebene a-a einen den Maßstab 44 seitlich übergreifenden Tastkopf 58
trägt. Die präzise Führung des Führungskörpers 56 kann durch Gleitlager, Kugellaufbüchsen
oder Kugellager bewerkstelligt sein.
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Der Aufbau des Tastkopfes als solcher wird als bekannt vorausgesetzt.
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Zur Erfassung von Weglängen, die im vorliegenden Falle durch den Spindelkopfschlitten
18 durchzuführen sind, ist die Abtastvorrichtung 46 relativ zum Maßstab 44 entsprechend
zu verstellen. Hierzu dient ein rohrförmiges Verbindungsglied 60, das sich in Bewegungsrichtung
der Abtastvorrichtung 46 erstreckt und beispielsweise die Gehäusestirnwand 30 abgedichtet
durchdringt. Die Abdichtung ist mit Hilfe eines in die äußere Verschlußplatte eingesetzten
Dichtringes 62 bewerkstelligt.
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Außerdem liegt am Umfang des Verbindungsgliedes ein in eine Vertiefung
der äußeren Stirnfläche dieser Verschlußplatte eingesetzter Abstreifring 64 an.
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Das rohrförmige Verbindungsglied 60 ist mit seinem inneren Ende in
einem beispielsweise rohrschellenartig ausgebildeten Verbindungsstück 66 gehalten,
das ein Teilstück des Führungskörpers 56 der Abtastvorrichtung bildet.
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68 bezeichnet ein Anschluß- bzw. Meßkabel, das durch das Verbindungsglied
60 abgedichtet hindurchgeführt ist und einerseits am Tastkopf 58 und andererseits
an der gezeigten Fräsmaschine bei 70 mit der numerischen Maschinensteuerung verbunden
ist. 72 bezeichnet eine in das Vorderende des rohrförmigen Verbindungsgliedes 60
eingesetzte Kabeldichtung. Damit befinden sich die zur Erfassung von Weglängen vorgesehenen
Komponenten des Meßgebers 24 in einem zur Atmosphäre völlig getrennten Raum, in
welchen weder Schmutz noch Flüssigkeit eindringen kann. Des weiteren ist der erforderliche
Seitenabstand des Tastkopfes vom Maßstab, der lediglich wenige
Hundertstel
Millimeter betragen darf und über die gesamte Verstellstrecke der Abtastvorrichtung
46 eingehalten werden muß, optimal gewährleistet.
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Die Verstellung der Abtastvorrichtung 46 bei Bewegen des Spindelkopfschlittens
18 wird dadurch bewirkt, daß das rohrförmige Verbindungsglied 60 im Bereich seines
freien Endes gemäß Fig. 1 in einem Befestigungskörper 74 festgelegt ist, der an
dem Maschinenteil, im vorliegenden Beispiel am Maschinenständer 10/ zu befestigen
ist, zu dem sich das das Gehäuse 26 tragende Maschinenteil, im vorliegenden Fall
der Spindelkopfschlitten 181 bewegt. Es wird dadurch erreicht, daß das Verbindungsglied
60 während der Verlagerung des Gehäuses 26 und damit auch die Abtastvorrichtung
46 stehenbleibt, so daß der Maßstab 44 zum Tastkopf 58 die erforderliche Relativbewegung
ausführt.
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Vorzugsweise besitzt der Befestigungskörper 74 zur Halterung des Verbindungsgliedes
60 ein Gelenkauge 76, das mögliche Fluchtfehler zwischen Befestigungskörper und
Verbindungsglied 60 kompensiert.
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Die Montage des Meßgebers gestaltet sich damit einfach, wobei dessen
Gehäuse sowohl an einem bewegten als auch an einem feststehenden Teil angebaut werden
kann. Die Montage kann dabei auch in Maschinenbereichen erfolgen, in denen etwaige
Verunreinigungen des Meßgebers möglich sind, ohne daß dadurch dessen Betriebssicherheit
nachteilig beeinträchtigt werden kann.
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